CN102620407A

CN102620407A - 一种中央空调系统中冷凝器的冷却装置

Info

Publication number: CN102620407A
Application number: CN2012101086405A
Authority: CN
Inventors: 串禾; 蒲清平; 周杰; 刘正清; 黄育华; 王小艳; 詹武刚; 郑洁
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-04-15
Filing date: 2012-04-15
Publication date: 2012-08-01

Abstract

一种中央空调系统中冷凝器的冷却装置，它包括相变发生器、一端连接在该相变发生器顶部的气管、与该气管另一端连接的热回收器、一端连接在该热回收器的底部而另一端连接在相变发生器下部的液管；其中，气管与热回收器连接的一端连接在该热回收器上部，在该热回收器内安装有换热盘管，该换热盘管的一端与冷水进水管路连接，另一端与热水出水管连接；中央空调系统中的冷凝器安装在相变发生器内的下部，在该相变发生器内有呈液态时淹没过冷凝器的气液相变材料，该气液相变材料在标准大气压下的相变温度为25～35℃。本发明是一种能耗低、冷却效果好的中央空调系统中冷凝器的冷却装置。

Description

一种中央空调系统中冷凝器的冷却装置

技术领域

本发明涉及中央空调系统，具体涉及对中央空调系统中的冷凝器进行冷却的装置。

背景技术

空调系统中的制冷机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置，其内有在压缩机的驱动下循环“搬运热量”的制冷剂。其中，冷凝器是用来冷却（进入冷凝器时为高温高压状态的）制冷剂的热交换装置——具体是用冷却介质来冷却冷凝器以使制冷剂与冷却介质进行热交换，最终起到冷却制冷剂的作用。对于在大型建筑中使用的中央空调系统而言，用来冷却冷凝器的冷却介质均是水，故习称“水冷”。水冷的系统包括促使冷却水循环的冷却水泵和安装有冷却风扇的冷却塔——冷却水泵将吸收了冷凝器内制冷剂热量后而发生温度升高的冷却水输送到冷却塔，让其在冷却塔中通过蒸发而释放出热量（同时补充一些冷却水），然后，降温了的冷却水又流到冷凝器外去吸收制冷剂的热量——如此不断循环。然而，由于冷却水主要是以水的显热形式来吸收制冷剂的热量，故冷却水的冷却能力要受到室外环境温度和本身的特性限制，其冷却能力小，为保证有可靠的冷却效果，就只能加大冷却水的流量和流速，这不但需要配备功率相当大的冷却水泵和较大管径的水管，而且冷却塔内的冷却风扇的功率也将随之增大，更为重要的是由于冷却水的进水温度相对较高，使空调系统中制冷机组的冷凝温度也相对较高，制冷机组的COP值降低，空调系统的运行能耗增大。也就是说，现有的中央空调系统中冷凝器的冷却装置，不仅存在能耗较大，运行成本较高等不足外；还有冷却效果差，使制冷机组的COP值较小，增大了空调系统的运行能耗。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种具有能耗低、冷却效果好的中央空调系统中冷凝器的冷却装置。

实现所述目的之技术方案是这样一种中央空调系统中冷凝器的冷却装置，该装置包括相变发生器、一端连接在该相变发生器顶部的气管、与该气管另一端连接的热回收器、一端连接在该热回收器的底部而另一端连接在相变发生器下部的液管；其中，所述气管与热回收器连接的一端连接在该热回收器上部，在该热回收器内安装有换热盘管，该换热盘管的一端与冷水进水管路连接，另一端与热水出水管连接；中央空调系统中的冷凝器安装在相变发生器内的下部，在该相变发生器内有呈液态时淹没过冷凝器的气液相变材料，该气液相变材料在标准大气压下的相变温度为25～35℃。

本发明通过冷却冷凝器来冷却制冷剂的过程如下：

中央空调系统运行时，在相变发生器内的冷凝器就对淹没过它的尚处于液体状态的气液相变材料进行加热（即用尚处于液体状态的气液相变材料来冷却冷凝器）。由于冷凝器内的制冷剂温度较高，与液态的相变材料进行热交换后使液态的相变材料的温度升高且远高于气液相变材料的相变温度（即沸点），于是，液态的气液相变材料就逐渐转变成为气态，因气态的气液相变材料密度小而上升，故从相变发生器的顶部自动地流进气管，又通过气管自动地流进热回收器。在热回收器中，气态的气液相变材料又通过安装在热回收器内的换热盘管，来与通过冷水进水管流进换热盘管的冷水进行热交换。此后，气液相变材料的温度又逐步地降低到其相变温度以下，而又转变为液态。接着，密度较大的液态的气液相变材料就又自动地沉到了热回收器的底部，进而通过液管又自动地流回到相变发生器中来对冷凝器进行冷却——如此循环下去。在上述过程中，冷水通过换热盘管与气态的相变材料进行热交换并吸收了其热量后变为热水，再通过热水出水管将其引入热水贮水箱内供人们使用。

在通过冷却冷凝器来冷却制冷剂的过程中，由于本装置中所选用的气液相变材料在标准大气压下的相变温度为25～35℃，所以对冷凝器内的高温高压制冷剂进行冷却时可以使制冷剂的冷凝温度也保持在这个范围内，与传统的冷却水冷却制冷剂所能达到的冷凝温度相比，本装置可以降低制冷剂的冷凝温度，从而提高了制冷机组的COP值；再者由于相变材料的恒温相变特性（即相变材料在发生相变时温度保持不变），可以使冷凝器内制冷剂的冷凝温度保持不变，从而提高了制冷机组的制冷能力的稳定性，使空调系统始终保持在稳定的工作状态，提高了整个空调系统的工作效率。

从方案和本发明冷却冷凝器的过程中可以看出，本发明省去了现有技术中的冷却水泵和冷却塔，更不需要额外的动力。这不但部分地降低了装置成本，降低了冷却冷凝器过程中的运行成本，而且通过降低制冷剂的冷凝温度提高了制冷机组的COP值和整个空调系统的工作效率。在热回收器中通过对热量的回收利用，可以使被加热后的热水供人们使用。简言之，本发明是一种具有能耗低、冷却效果好的中央空调系统中冷凝器的冷却装置。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1——本发明的结构示意图；

图2——本发明另一结构的示意图。

具体实施方式

一种中央空调系统中冷凝器的冷却装置（参考图1），该装置包括相变发生器3、一端连接在该相变发生器3顶部的气管6、与该气管6另一端连接的热回收器4、一端连接在该热回收器4的底部而另一端连接在相变发生器3下部的液管7；其中，所述气管6与热回收器4连接的一端连接在该热回收器4上部，在该热回收器4内安装有换热盘管9，该换热盘管9的一端与冷水进水管路12连接，另一端与热水出水管13连接；中央空调系统中的冷凝器2安装在相变发生器3内的下部，在该相变发生器3内有呈液态时淹没过冷凝器2的气液相变材料5，该气液相变材料5在标准大气压下的相变温度为25～35℃。

中央空调系统运行时，在相变发生器3内的冷凝器2就对淹没过它的尚处于液体状态的气液相变材料5进行加热（即用尚处于液体状态的气液相变材料5来冷却冷凝器2）。由于冷凝器2内的制冷剂温度较高，与液态的相变材料5进行热交换后使液态的相变材料5的温度升高且远高于气液相变材料5的相变温度（即沸点），于是，液态的气液相变材料5就逐渐转变成为气态，因气态的气液相变材料5密度小而上升（见图1、2中虚线箭头所示），故从相变发生器3的顶部自动地流进气管6，又通过气管6自动地流进热回收器4。在热回收器4中，气态的气液相变材料5又通过安装在热回收器4内的换热盘管9，来与通过冷水进水管12流进换热盘管9的冷水进行热交换。此后，气液相变材料5的温度又逐步地降低到其相变温度以下，而又转变为液态。接着，密度较大的液态的气液相变材料5就又自动地沉到了热回收器4的底部，进而通过液管7又自动地流回到相变发生器3中（见图1、2中实线箭头所示）来对冷凝器2进行冷却——如此循环下去。在上述过程中，冷水通过换热盘管9与气态的相变材料5进行热交换并吸收了其热量后变为热水，再通过热水出水管13将其引入热水贮水箱内供人们使用。

在通过冷却冷凝器2来冷却制冷剂的过程中，由于本装置中所选用的气液相变材料5在标准大气压下的相变温度为25～35℃，所以对冷凝器内的高温高压制冷剂进行冷却时可以使制冷剂的冷凝温度也保持在这个范围内，与传统的冷却水冷却制冷剂所能达到的冷凝温度相比，本装置可以降低制冷剂的冷凝温度，从而提高了制冷机组的COP值；再者由于相变材料的恒温相变特性（即相变材料在发生相变时温度保持不变），可以使冷凝器2内制冷剂的冷凝温度保持不变，从而提高了制冷机组的制冷能力的稳定性，使空调系统始终保持在稳定的工作状态，提高了整个空调系统的工作效率。在本具体实施方式中，所述气液相变材料5为氯七氟环丁烷（标准大气压下的沸点为26℃）或三氟二氯乙烷（标准大气压下的沸点为27.8℃）；由于气态的气液相变材料5的热量是由冷水进水管12流进的冷水带走，为了保证气态的气液相变材料5能完全变成液态，因此冷水的进水温度必须低于气液相变材料5的相变温度。

本领域的技术人员从冷却冷凝器的过程介绍中可以看出，本发明能够实现的关键是气液相变材料能够循环地进行“相变”，重点又是不能让气液相变材料始终为气态。因此，如果在实际安装本发明装置的环境中，不能保证相变发生器3和液管7外部的环境温度低于所选材料的标准大气压的沸点的话，则应当在相变发生器3和液管7外包裹上保温材料，以确保气液相变材料在没有被冷凝器加热的情况下始终处于液体状态。

本领域的技术人员清楚，在实际运用本发明的实施过程中，相变发生器3和热回收器4的容积、气管6和液管7的管径和它们的承压能力大小等相关参数的选取，应当尽量匹配（因仅通过有限的常规试验即可确定，故不详述）；由于所选的气液相变材料对与它所接触的设备有腐蚀性，所以相变发生器3、热回收器4、气管6和液管7均应用钢材料制成，换热盘管9采用热交换能力较强的铜材料制成，且它们之间的连接处应进行严格的密封处理，以防气态的气液相变材料5泄漏。

当然，也可采用如下辅助手段，来保证进一步提高本发明的可靠性（参考图2）。具体为：

在气管6上安装仅允许气态的气液相变材料5朝热回收器4中的方向流动的止回阀11。

在液管7上安装一个助推泵15。

本领域的技术人员清楚，如果实施中设计的热回收器4容积足够大，且气管6与热回收器4的连接口处足够高（甚至连接在热回收器4的顶部），则不必再加装止回阀11。反之，就应当止回阀11，以防止液态的气液相变材料5漫过两者的连接口处进入气管6中造成气管路堵塞。同理，如果实施中设计的热回收器4的底部，相对于相变发生器3内液态的气液相变材料5的液面始终能保持足够的高度差；且液管7的管径足够大，则不必再加装助推泵15来辅助液态的气液相变材料5流回进相变发生器3。反之，就应当加装助推泵15——当然，与本发明省去的现有技术中的冷却水泵和冷却塔中的风扇消耗的能耗以及通过提高制冷机组的COP值并使之制冷能力稳定而节省的运行能耗相比较，必要时才加装的这个助推泵15的能耗必然小得多，所消耗的电力与本发明所能节省电功率能耗相比几乎可以忽略，因此并不影响本装置所能达到的节能目的。

另外，由于本发明冷却的是空调工况（而并非低温制冷工况）下的冷凝器，所以，从热水出水管13引出的热水的温度，不一定能够满足人们对温度的要求。因此，如果需要，可以另外再对该热水进行再加热处理。十分明显的是，经过与气液相变材料进行热交换后的热水再来对它进行加热处理以满足人们对温度的要求，就肯定比直接加热冷水要少消耗一些燃料或电力。

Claims

1.一种中央空调系统中冷凝器的冷却装置，其特征在于，该装置包括相变发生器（3）、一端连接在该相变发生器（3）顶部的气管（6）、与该气管（6）另一端连接的热回收器（4）、一端连接在该热回收器（4）的底部而另一端连接在所述相变发生器（3）下部的液管（7）；其中，所述气管（6）与热回收器（4）连接的一端连接在该热回收器（4）上部，在该热回收器（4）内安装有换热盘管（9），该换热盘管（9）的一端与冷水进水管路（12）连接，另一端与热水出水管（13）连接；中央空调系统中的冷凝器（2）安装在所述相变发生器（3）内的下部，在该相变发生器（3）内有呈液态时淹没过所述冷凝器（2）的气液相变材料（5）；所述气液相变材料在标准大气压下的相变温度为25～35℃。

2.根据权利要求1所述中央空调系统中冷凝器的冷却装置，其特征在于：所述气液相变材料（5）为氯七氟环丁烷或三氟二氯乙烷。

3.根据权利要求1或2所述中央空调系统中冷凝器的冷却装置，其特征在于：所述气管（6）上安装有仅允许气态的气液相变材料（5）朝所述热回收器（4）中流动的止回阀（11）。

4.根据权利要求1或2所述中央空调系统冷凝器的冷却装置，其特征在于：所述液管（7）上安装有助推泵（15）。

5.根据权利要求3所述中央空调系统中冷凝器的冷却装置，其特征在于：所述液管（7）上安装有助推泵（15）。